天然源超低频频谱的曲波分解与分析

由于天然源超低频电磁探测仪器接收的是宽频段多源信号,如何进行信号的分解以将干扰信号滤除,是利用天然源超低频电磁探测技术进行实际探测应用的关键。北京大学自主研发的天然源超低频电磁探测仪器,以山西沁水盆地煤层气探测数据为研究对象,将曲波变换的方法应用在超低频电磁探测频谱的分解上。分解结果表明,曲波变换分解出的高频信息主要是探测仪器直接接收的大气层雷电产生的干扰信号,而低频信息层则主要包含了地下的探测目标信息。基于此,以低频信息为基础重构后的探测频谱曲线相对于原始探测曲线来说,更有利于探测目标的解释。但是对于由于人工工频所引起的干扰信号,该方法并不能有效去除,在实际应用中需要结合其他数据处理方法一同进行。     

煤层气排采动态的被动式超低频频谱分析

煤层气的勘探与开发具有很强的经济意义、环境意义以及社会效益.煤层气排采过程动态监测与准确评估是煤层气高效开发的关键.文章从煤层气排采动态的天然源超低频电磁探测原理出发,采用北京大学超低频电磁探测仪器,通过分析煤层气排采过程中不同时间段的超低频电磁探测频谱,揭示煤层气排采的动态变化.山西沁水盆地实际探测结果表明:被动式超低频电磁探测技术能够简单、有效、尤损伤的探测煤层气排采动态.     

一种传导电磁泄漏源的等效模型研究

在网络作战体系中, 电磁泄漏探测是敌对双方都十分重视的领域。电磁泄漏探测分为主动探测和被动探测两种, 其中主动探测由发射源对外发射信号, 通过检测具体位置处的信号特征, 得到被测设备、系统或网络的泄漏信息或其它特征信息。针对一种主动传导电磁泄漏发射源进行分析, 结合其工作机理和具体的试验现象, 提出了对应的等效模型。该等效模型按工作频率的高低, 分为高频等效天线模型和低频等效电路模型两类, 通过理论分析了该模型的准确性, 通过电路仿真验证了等效模型的正确性。通过该模型研究, 可以为后续电磁泄漏探测的数据分析提供有力的分析手段。     

多尺度分析在激光微多普勒效应特征提取中的应用

由于小波变换具有准确度高、抗噪性好等优点,在微多普勒效应探测方面具有很好的应用前景。利用多尺度分析（MRA）将信号进行分解并提取出含有微多普勒效应的低频平滑信息,获取了目标微小振动引起的微多普勒效应。用频谱分析和基于瞬时频率(Instfreq)的时-频域联合分析方法对原始信号及通过MRA分解得到的结果进行了对比研究。结果表明：利用时-频分析对MRA处理后的低频信号进行分析,可更加有效地提取微多普勒效应中振动信号的特征,为目标特征的识别、分类和探测提供了便利。     

基于Hilbert变换的水下多源声信号频率的相干探测

为实现水下中低频声信号的探测识别,通过研究水下多声源相干探测信号的特征,理论上给出了相干探测信号频谱混叠情况下的特征表达式,并提出了一种基于Hilbert变换的信号解调处理方法,实现了水下多声源相干探测信号频谱混叠情况下各声源发声频率的解调.该方法将探测信号经过滤波平滑处理之后进行Hilbert变换,得到信号的解析形式,然后对解析信号模值的平方进行二次滤波平滑等处理,分离混叠在一起的频带,将得到的信号进行频谱分析,根据频移值计算得到水下各个声源的发声频率.在光学暗室下搭建激光相干探测系统,对2~6kHz的水下声信号进行实验,实验结果表明,该方法可以有效分离探测信号中混叠在一起的信号频带,并准确提取各水下声信号的发声频率,频率提取重复性不大于2.5Hz.     

基于Rydberg原子EIT光谱的激光频率锁定

本文利用Rydberg阶梯型三能级系统的电磁诱导透明光谱实现了509nm倍频激光器的无调制频率锁定。我们在实验中使用852nm激光和509nm激光在铯原子蒸汽池中构成阶梯型三能级体系,852nm激光器的频率锁定在铯原子6S1/2→6 P3/2共振跃迁线上,509nm激光在铯原子激发态6 P3/2→62 D5/2Rydberg态的跃迁频率附近扫描获得了Rydberg态的电磁诱导透明光谱。利用852nm半导体激光器的频率调制作为参考信号,对探测的电磁诱导透明光谱信号进行解调得到误差信号,实现了509nm激光器的频率锁定。通过分析误差信号的频谱,对伺服电路的低频和高频反馈参数进行优化,获得的最佳锁定线宽约为533kHz,最小阿伦方差达到1.5×10-11。     

SQUID在被动生命信号检测中的应用前景

从生物电磁效应的概念出发,简要介绍了人体及其周围的电磁特性;重点介绍了能探测人体电磁信号的超导量子干涉仪;通过灵敏度分析证实了SQUID可以用来探测微弱的人体电磁信号;提出了将已经广泛应用于医学的SQUID转而通过探测人体电磁信号来进行被动生命信号检测的应用研究;希望能为地震灾害与煤矿瓦斯灾害等搜救工作提供一定的帮助。     

多分量横波远探测成像测井仪研制及应用*

该文成功研制出一种新型的胜利多分量横波远探测成像测井仪。该仪器采用低频偶极声源设计,低频高效隔声体、高保真大数据快速传输技术,实现高信噪比多分量反射横波信号的采集,从而可以对井外远距离、不同走向的地质异常体进行探测;并结合专用成像处理软件,可以较好压制低频斯通利波反射,有效提取弱的反射横波信号,最终实现了远程偶极反射横波成像。该测井仪器理论上可以对井外320 m范围内地质异常体进行探测,在刻度井的测试中清晰探测到80 m内的地质异常体,实际测井中已成功获得井外100 m范围内的成像结果。     

一种时间分辨激光诱导击穿光谱的测量方法

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种动态光谱。时间分辨LIBS光谱测量是研究激光诱导等离子体演化和谱线自吸收的重要技术。结合激光诱导击穿光谱测量的时序特性,提出一种利用常规性能光谱探测设备获得微秒级时间分辨LIBS光谱的测量方法。通过控制毫秒级光谱探测设备的积分延迟时间,获得不同延时下的LIBS光谱信号,对所得光谱进行处理得到相应特征谱线拟合强度,将所测的特征谱线强度按照一定的时间间隔进行差分,得到差值即为差分间隔时间内特征谱线的积分强度。采用差分时间间隔应大于系统最差时序精度,同时优选无重叠干扰和背底连续的谱线信号进行分析。以等离子体产生后持续时间为横坐标,计算所得谱线差值强度为纵坐标,即可获得特征谱线的强度演化曲线。通过实验验证,使用积分时间为毫秒量级光谱仪和时序精度为0.021微秒控制系统,该方法可以实现微秒量级时间分辨LIBS光谱测量,可用于表征LIBS光谱特征谱线演化过程,降低了LIBS光谱时间分辨测量系统成本。     

用于油气管道智能封堵的电磁双向通信技术研究

相对于传统的管内带压开孔封堵技术,高压智能封堵技术具有很大优势,应用前景广阔。而管内外通信技术是研发智能封堵系统的关键技术之一。针对智能封堵现场干扰强、通信速率要求不高,而金属管道对高频信号衰减大的特点,提出了一种基于频率调制和频域解调的管内外超低频电磁双向通信方法,并研发了相应的通信系统。该系统采用两个不同频率的超低频电磁信号分别表示码元0和1;发射线圈在MCU软件控制下发射频率调制的电磁信号,接收线圈将电磁信号转换为电信号;该电信号经过滤波、放大和高精度A/D采集,得到数字信号;将该数字信号送入MCU,通过实时对该数字信号作DFT,并搜索信号DFT幅度谱的最大峰值所对应的频率,来实现信号的解调解码。通过实验室模拟试验,验证了所研制的管内外电磁双向通信系统可完成向管内智能封堵器正确发送指令,同时将管内封堵器的动作状态返回地面控制单元,从而可保证管内智能封堵作业的准确可靠。     

Analysis of electromagnetic field due to a buried coated PEMC circular cylinder

An analytical solution for the scattering of an electromagnetic plane wave from a coated perfect electromagnetic conducting (PEMC) circular cylinder, buried in the dielectric half space, is presented. Scattering characteristics of a buried PEMC cylinder when coated by double-positive (DPS) or double-negative (DNG) materials is investigated. The cylinder as well as coating layer is of infinite length (2-D problem). Plane wave spectral representations of the fields have been used to solve the problem. Saddle point method is used to solve the integral arising in the analysis. All the multiple interactions between the buried geometry and the dielectric interface separating the two half spaces have been considered in the analysis. The derivation includes both TM and TE polarization cases. It is observed that the response of the coated PEMC cylinder can be used to detect the underground pipes and other buried objects having a cylindrical shape.     

红外热波技术在装甲装备故障诊断和缺陷检测中的应用

针对装甲装备典型故障诊断操作复杂及缺陷检测效率低下等问题,将国外装备维修中广泛应用的红外热波技术引入到装甲装备维修过程中。简要介绍了红外热波技术的基本原理及特点,系统分析了信噪比和热激励2个因素对检测效果的影响,并成功实现了装备发动机动力不足的故障诊断和装甲板裂纹的缺陷检测。试验结果表明:该技术能够在不解体的情况下实现发动机动力不足故障的准确定位,同时能够在3.5 s之内实现装甲车底板裂纹等缺陷的快速检测。     

基于小波分析的某型装备发动机分布式在线检测系统设计

针对现代战车大型发动机强干扰下的在线故障检测需求,设计了一种基于小波分析的某型发动机分布式在线检测系统。整体设计基于分布式设计思想,在某型发动机合适部位设置检测节点,通过CAN总线传递数据到显控中心;利用CAN总线进行数据传送,提高了测量与控制的精确度,减少了传送误差,增强了故障分析的准确度;显控中心综合运用了小波变换和模式识别技术进行故障诊断,具有快速故障定位能力和拓扑适应能力;应用表明,该系统能够较好的适用于某型发动机的在线监控,使用方便,故障诊断快速有效,解决了发动机在线预警和故障诊断的问题。     

基于ODDD水下机器人故障诊断方法

近年来数据挖掘技术的快速发展使得利用水下机器人作业过程中积累的大量数据进行故障诊断成为可能。基于数据挖掘的故障诊断技术能够从数据中获取潜在的诊断知识。针对水下机器人推进器系统数据特征,提出一种基于聚类和距离的离群点检测方法(Outlier Detection based on DBSCAN and Distance,ODDD)。首先,对数据进行粗聚类,然后采用剪枝规则进行离群点检测,来实现故障诊断。仿真实验结果表明算法能够实现水下机器人快速有效的故障检测。     

无线电波发射设施周边环境电磁波检测技术

电磁波检测技术的应用,可以防止对人体的辐射。当今无线通讯技术迅猛发展,如何对变电所及输电线与移动电话基地台所产生的电磁场强度进行评估,便成为一个重要的工作。通过分析电磁波特征,提出了对这些电磁波辐射设施所产生的电磁场强度检测的方法。     

基于微流控技术的磁流体载基液的太赫兹透射特性研究

太赫兹(THz)是指频率在0.1～10 THz的电磁波,其波长在30～3 000 μm范围内。由于自然界许多小分子的振动、转动等的频率均在太赫兹波段,并且太赫兹的低电子能特性使其在实验过程中不会对待测样品造成破坏,所以太赫兹技术被广泛地应用于无损检测、生物医学等领域。但是太赫兹在铁磁领域的相关报道还是较少的,因此本研究利用太赫兹时域光谱系统研究了一种新型磁性材料：磁流体的组成部分-载基液的太赫兹透射特性。磁流体是一种兼具液体流动性和固体磁性的新型功能材料,其打破了传统磁性材料的固体形态。磁流体由Fe₃O₄纳米级颗粒以及载基液构成。在前人的研究成果中发现磁性液体不仅具有良好的磁光效应,而且对于一定频率的太赫兹波具有高透射率;另外,在极低频电磁场作用下其可用于医学上的肿瘤治疗,可作为靶向治疗的载药系统。由于磁流体的组成部分-载基液成本较高,因此在实验中运用了微流控技术。微流控技术对检测样品的消耗少、检测速度快,并且可以根据实验需求自行设计沟道,因此是一种便捷的、灵活性好的检测方式。采用对太赫兹波具有高透过率的石英材料制成了夹心式的太赫兹微流控芯片。首先将两块3 cm×3 cm×2 mm的石英玻璃作为基片和盖片,再把强粘黏性双面胶剪刻成镂空样式,形成2 cm×2 cm的方形区域,然后把盖片和基片通过雕刻好的强粘黏性双面胶键合,其沟道厚度为50 μm,可以用于对少量液体的探测,并且可以使载基液呈薄膜状。之后将太赫兹技术和微流控技术相结合,利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统研究了载基液的太赫兹透射特性,通过对太赫兹时域光谱以及频域光谱的研究发现,装有载基液的微流控芯片的信号强度高于空的微流控芯片,这一发现为载基液的应用和深入研究提供了技术支持。     

一种磁场优化结构电磁超声传感器设计*

为了进一步增强电磁超声检测技术在管道厚度测量领域的检测能力,该文对电磁超声传感器(EMAT)的结构进行了优化。提出了多磁铁对称分布型EMAT,能实现更小的磁铁体积,产生更强的表面剩磁强度。采用在硅钢表面开槽的方式限制涡流形成的区域,解决了涡流对测量的影响。建立厚度测量实验系统,对比出单磁铁型与多磁铁对称分布型EMAT在不同提离距离上检测信号的变化规律。结果表明,多磁铁对称分布型结构可通过增强EMAT的偏置磁场达到信噪比更优的效果。采用耐高温探头外壳和钐钴磁铁,提高了EMAT探头在高温环境下的检测性能。     

Simulation and analysis of machinery fault signals

Machinery condition monitoring is rapidly finding applications in all branches of industry. In particular, vibration monitoring is playing an increasingly important role as a tool for assisting with predictive and preventive maintenance and for improving operation efficiency of plant. Condition monitoring systems are used for the detection of incipient failure and the diagnosis of the nature of faults in operating machinery. However, for these systems to be reliable an improved understanding is required of the vibration signatures produced by machinery failure mechanisms and of methods for the interpretation of these signals. Many types of fault produce vibration signals which are impulsive in nature and which may be buried in background noise. A method is described for simulating this type of signal and modelling the various stages of incipient failure. Statistical and spectral analysis are used to describe the fault development. The influence of machinery frequency response characteristics on signal transmission from the damaged are to the measurement point are also considered.